20.03.2017 | Story

Sichere Energie aus der Batterie

E-Mobilität Schlagwörter in diesem Artikel E-Mobilität Zukunft der Arbeit Energiewende

Mit der neuen Generation an Elektrofahrzeugen steigen die Anforderungen an ihre Batterien: Gefragt sind unter anderem besseres Thermomanagement und höhere Sicherheit. Freudenberg Sealing Technologies hat diesen Schritt schon vor Jahren antizipiert.

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Es ist Bewegung drin bei den Lithium-Ionen-Batterien. Weil die nächste Generation der Elektro-Autos bereits in diesem Jahr auf die Straße kommt, ändert das zugleich die Anforderungen an Batterien: Mehr Energie, schnellere Ladezeiten. „Dem größten Stress unterliegen künftig Batterien nicht mehr beim Fahren und Beschleunigen, sondern beim Laden“, sagt Dr. Peter Kritzer, Innovation Leader bei Freudenberg Sealing Technologies. Das aber bedeutet auch: Die Sicherheitsanforderungen steigen extrem an. „Wenn ich auf demselben Raum das doppelte an Energie habe, dann ist die daraus entstehende chemische Reaktion nicht nur doppelt so schnell, sondern um ein Vielfaches“, unterstreicht Kritzer. Damit rücken Themen wie Thermomanagement und Sicherheit künftig verstärkt in den Fokus. „Wir haben dazu schon vor Jahren einige Konzepte entwickelt, wie sich insbesondere die Sicherheit solcher Systeme verbessern lässt“, sagt Kritzer.

Der Experte für Elektromobilität besuchte unlängst die Advanced Automotive Battery Conference (AABC), ein renommiertes internationales Branchentreffen für Batterietechnologie mit rund 800 Teilnehmern. Dort hat er in einem Vortrag verschiedene Konzepte vorgestellt. „Vor drei Jahren fanden diese Konzepte noch relativ wenig Anklang, weil die erste Generation der Lithium-Ionen-Batterien recht zahm war“, schildert Kritzer. „Diesmal war das Interesse groß.“ Mehr als ein Dutzend Zuhörer wollten sich spontan zu weiteren Gesprächen treffen. Inzwischen hat sich die Anzahl der Anfragen vervielfacht. Was auch damit zu tun hat, dass Freudenberg Sealing Technologies den Automobilbauern anbietet, gemeinsam Konzepte zu entwickeln und diese dann auch gemeinsam in die Serie umzusetzen. Der Fokus liegt dabei nicht nur auf den Dichtungen, sondern auf dem gesamten Sicherheitskonzept rund um die Batterie. „Freudenberg liefert schon seit 50 Jahren Separatoren für Batteriezellen“, sagt Kritzer. „Wir können mit den Kunden auf Augenhöhe sprechen und entwickeln.“ Für viele Automobil-Ingenieure, die angesichts der rasanten Entwicklung im Bereich Elektromobilität unter hohem Zeitdruck stehen, offensichtlich ein wichtiger Vorteil.

Schneller Laden bei größerer Dichte

Klar ist: Elektroautos nehmen gerade die nächste Stufe. Während bislang die meisten Fahrzeuge mit einer Batterieladung lediglich um die 150 Kilometer weit fahren konnten, wird die nächste Generation mehr als das Doppelte schaffen. Die bisherigen Komponenten waren jedoch auf die kürzere Reichweite ausgerichtet. „Um das zu erreichen, wird die Energiedichte in den einzelnen Zellen erhöht und die Zellen im Batterie-System enger gepackt werden“, beschreibt Kritzer. Zudem wird diese zweite Elektroauto-Generation für den elektrischen Antriebsstrang konzipiert – für das Batterie-System ist deswegen mehr Platz vorhanden; es kann also größer dimensioniert werden. Weil gleichzeitig das Thema Schnellladung immer wichtiger wird, und Batterien möglichst in 15 bis 30 Minuten wieder 80 Prozent ihrer Kapazität erreichen sollen, braucht es höhere Energieströme – erst recht, wenn gleichzeitig die Energieleistung der Batterie ansteigt. Diese Energieströme führen aber zu einer hohen Erwärmung der Batterien beim Ladevorgang – eine neue Situation gegenüber den bisherigen Elektro-Autos. „Wenn nun die Komponenten der bisherigen Batterie-Systeme einfach nur für die neuen Batterie-Generationen übernommen werden, können sich sicherheitsrelevante Aspekte ergeben“, formuliert es Kritzer.

Freudenberg liefert seit 50 Jahren Separatoren für Batteriezellen. Wir können mit den Kunden auf Augenhöhe sprechen und entwickeln

Dr. Peter Kritzer, Innovation Leader bei Freudenberg Sealing Technologies

„Vom Prinzip her sieht beispielsweise eine Gehäusedichtung für Batterie-Systeme vergleichsweise einfach aus“, beschreibt Kritzer. Angesichts der Sicherheitsanforderungen müsse ihr jedoch bereits bei der Auslegung besondere Beachtung beigemessen werden: „Ein simpler Wassereintritt könnte extremen Schaden verursachen.“ Ein anderes Thema ist der Druckausgleich der Batterie-Gehäuse. Bislang arbeiteten die Autohersteller hierfür mit Elementen aus mikroporösen Folien, die zwar besonders wasserdicht waren, zugleich aber kaum luftdurchlässig. Da die Batterie wiederum den Luftaustausch benötigt, braucht es flächenmäßig große Elemente, die die Gesamtgröße des Systems anwachsen lassen. Eine der Entwicklungen, die Kritzer den Besuchern seines Vortrags auf der AABC vorstellte, besteht in einem speziellen Druckausgleichselement, einer gemeinsamen Entwicklung mit dem Leadcenter Membranen. Dieses enthält einen Vliesstoff, der sowohl wasserdicht ist, aber eine viel größere Luftdurchlässigkeit aufweist als die mikroporösen Folien. Und mehr noch: Es fungiert zusätzlich als Entgasungselement für den Notfall. „Wir kommen damit nicht nur mit einem Fünftel oder einem Zehntel des Platzes aus, sondern bieten den Mehrwert einer Druckentgasung und Überdruckfunktion“, beschreibt Kritzer.

Partner für Kühlung und Sicherheit

Andere Eigenentwicklungen umfassen einen eigens konstruierten Kolben, in den eine Batterie gewissermaßen hineinatmen kann. Dadurch kann das Batterie-System komplett von der Umwelt abgeschottet werden. Das bedeutet Schutz vor Feuchtigkeit, aber gleichzeitig auch die Möglichkeit, das System mit einer Schutzgasatmosphäre zu beaufschlagen.

„Unser genereller Ansatz besteht darin, mit den Kunden gemeinsam einen Schritt weiter zu denken“, betont Kritzer: „Wir haben viele Ideen in der Schublade und viele davon sind auch schon patentiert.“ Damit könne man gemeinsam mit den Automobilherstellern komplette Module und Systeme entwickeln und eben nicht nur auf konkrete Anfragen reagieren: „Wir sehen uns als Partner für Kühlung und Sicherheit.“ Um den neuen Anforderungen der Elektromobilität gerecht werden zu können, wurde mittlerweile bei Freudenberg Sealing Technologies eine eigene organisatorische Einheit gegründet. Für Kritzer steht fest: Schon die auf die nächste Generation folgenden Fahrzeuge werden den Durchbruch der Elektro-Mobilität einläuten. „Und wenn Elektroautos in großen Stückzahlen auf dem Markt sind, werden die Sicherheitsvorschriften noch einmal steigen.“

Weitere Informationen zum Engagement von Freudenberg Sealing Technologies im Bereich der Elektromobilität finden Sie hier.

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